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Rôle du biofilm au cours des
infections sur matériel étranger
Dr Frédéric-Antoine DAUCHY
Service de maladies infectieuses et maladies tropicales
Hôpital Pellegrin – CHU Bordeaux
2010
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1 - INTRODUCTION : LES INFECTIONS SUR MATERIEL
ESC GUIDELINES European Heart Journal 2009
ACC/AHA GUIDELINES Circulation 2008
AHA update on CIED infections Circulation 2010
50% des infections nosocomiales sont associées à un dispositif médical
Bactérie
Biofilm
Implant
Conditions locales
Comorbidités
Immunité
Antibiotiques et propriétés
PK/PD
Chirurgie
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- Valves cardiaques artificielles
- Pace-maker (sonde + boitier)
- Prothèses vasculaires
- Cathéter veineux (et leurs connexions)
- Prothèse et matériel ostéo-articulaire
- Cathéter de dialyse péritonéale
- Sonde d’intubation trachéale, canule
- Cathéter urinaire
- Dispositif intra-utérin
- Implants auditifs
- Implants de stimulation neurologiques
- Valves de dérivation
- Implants intra-oculaires
1 - INTRODUCTION : LES INFECTIONS SUR MATERIEL
Tous les dispositifs médicaux sont concernés
Biofilm sur matériel de valve cardiaque
Cook Int J Antimicrob Agents 2000
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1 - INTRODUCTION : LES INFECTIONS SUR MATERIEL
Tous les dispositifs médicaux sont concernés
- Valves cardiaques artificielles
- Pace-maker (sonde + boitier)
- Prothèses vasculaires
- Cathéter veineux (et leurs connexions)
- Prothèse et matériel ostéo-articulaire
- Cathéter de dialyse péritonéale
- Sonde d’intubation trachéale, canule
- Cathéter urinaire
- Dispositif intra-utérin
- Implants auditifs
- Implants de stimulation neurologiques
- Valves de dérivation
- Implants intra-oculaires
Biofilm sur matériel de valve cardiaque
Cook Int J Antimicrob Agents 2000
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2 - DEFINITION
« Assemblage de cellules microbiennes
irréversiblement associées à une surface (non
décrochées par un rinçage doux) et incluses
dans une matrice extracellulaire essentiellement
poly-saccharidique »Gristina Science 1987
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2 - DEFINITION
Canalisation métallique d’un système d’eau
industriel après 8 semaines
Biofilms environnementaux :
– Très complexes
– Multi-espèces
– Composition : produits de corrosion, argile,
algues d’eau douce,
bactéries, champignons
Donlan Emerg Inf Dis 2002
« Assemblage de cellules microbiennes
irréversiblement associées à une surface (non
décrochées par un rinçage doux) et incluses
dans une matrice extracellulaire essentiellement
poly-saccharidique »Gristina Science 1987
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2 - DEFINITION
Biofilms sur dispositifs médicaux :
– Simples
– Dominés par une espèce
– Composition : bactéries ou champignons + matrice
extra-cellulaire de polymères
Impact clinique du biofilm : description de l’infection
sur pace-maker
Donlan Emerg Inf Dis 2002
« Assemblage de cellules microbiennes
irréversiblement associées à une surface (non
décrochées par un rinçage doux) et incluses
dans une matrice extracellulaire essentiellement
poly-saccharidique »Gristina Science 1987
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1 - QUAND DEBUTER / PAR QUELLE VOIE ?3 - DE L’ADHERENCE AU BIOFILM
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3 - DE L’ADHERENCE AU BIOFILM
Polymer surface:
hydrophobicity and
teichoic acids.
Host matrix proteins,
bacterial adhesins
(MSCRAMMs).
PNAG, teichoic acids
Alginates.
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Watnick J Bacteriol 2000
Giacometti Peptides 2005
« Modalité de communication intercellulaire microbienne
permettant aux individus de la population de coordonner un
comportement adaptatif aux conditions environnementales
quand une certaine densité de microorganismes («quorum»)
est atteinte. »
3 - LE QUORUM SENSING
- Action favorisée par proximité des microorganismes
dans le biofilm
- Contrôle le surplus de population et donc la compétition
pour les nutriments
- Régule la virulence (ex : System Agr de S. aureus)
- Régule la résistance aux antibiotiques, la conjugaison
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3 - STRUCTURE DU BIOFILM
La structure du biofilm mature évolue continuellement :
– qu’il soit mono ou multi-espèces,
– en fonction des conditions environnementales internes et externes.
Les microorganismes du biofilm mature forment une communauté
– fonctionnelle,
– organisée,
– coopérative, qui imite le tissu eucaryote primitif.
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4 – METHODES D’ETUDE
- Modèles expérimentaux statiques : cristal violet
- Modèles expérimentaux dynamiques : flow-cell
- Modèles animaux : Foreign body investigation («FBI»)
- Applications clinique
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4 – METHODES D’ETUDE
- Modèles expérimentaux statiques : cristal violet
- Modèles expérimentaux dynamiques : flow-cell
- Modèles animaux : Foreign body investigation («FBI»)
- Applications clinique
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4 – METHODES D’ETUDE
- Modèles expérimentaux statiques : cristal violet
- Modèles expérimentaux dynamiques : flow-cell
-Modèles animaux : Foreign body investigation («FBI»)Catheter-associated biofilm formation
- Applications clinique
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4 – METHODES D’ETUDE
- Modèles expérimentaux statiques : cristal violet
- Modèles expérimentaux dynamiques : flow-cell
- Modèles animaux : Foreign body investigation («FBI»)
-Applications clinique : Sonication, multiplex PCR
Achermann JCM 2010
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5 - BIOFILMS ET ANTIBIOTIQUES : « TOLERANCE »
- Diminution de la pénétration et de la disponibilité des antibiotiques
- Diminution de l’activité des antibiotiques en raison de la modification du
métabolisme bactérien (ex : faible activité des aminoglycosides)
- Transfert de gènes de résistance
- Moindre impact du système immunitaire
Un facteur d’échec du traitement de l’infection sur matériel
Small colony variants (Nature reviews 2000) Seifert Emerg Infect Dis 2003
Hoiby Int J Antimicrob Agents 2010
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5 - BIOFILMS ET ANTIBIOTIQUES : « TOLERANCE »
Un facteur d’échec du traitement de l’infection sur matériel
implant
Bactéries
planctoniques
Biofilm
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5 - BIOFILMS ET ANTIBIOTIQUES : « TOLERANCE »
Un facteur d’échec du traitement de l’infection sur matériel
implant
Bactéries
planctoniques
Biofilm
implant
Antibiothérapie
Système immunitaire
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5 - BIOFILMS ET ANTIBIOTIQUES : « TOLERANCE »
Un facteur d’échec du traitement de l’infection sur matériel
implant
Bactéries
planctoniques
Biofilm
implant
Arrêt Antibiothérapie
Antibiothérapie
Système immunitaire
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5 - BIOFILMS ET ANTIBIOTIQUES
Murillo AAC 2009
CMI et CMB (µg/ml) de chaque antibiotique pour la souche de
Staphylocoque en phase de croissance logarithmique ou stationnaire
AntibioticMIC for log-phase
bacteria
MBC for log-
phase bacteria
MBC for stationary-phase
bacteria
Daptomycin 1 4 24
Vancomycin 2 4 >32
Linezolid 2 >32 >32
Rifampin 0.03 0.5 >8
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5 - BIOFILMS ET ANTIBIOTIQUES
Murillo AAC 2009
CMI et CMB (µg/ml) de chaque antibiotique pour la souche de
Staphylocoque en phase de croissance logarithmique ou stationnaire
AntibioticMIC for log-phase
bacteria
MBC for log-
phase bacteria
MBC for stationary-phase
bacteria
Daptomycin 1 4 24
Vancomycin 2 4 >32
Linezolid 2 >32 >32
Rifampin 0.03 0.5 >8
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5 - BIOFILMS ET ANTIBIOTIQUES
John AAC 2009
Modèle « FBI »
Bactéries planctoniques Bactéries « sessiles »
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5 - BIOFILMS ET ANTIBIOTIQUES
John AAC 2009
Modèle « FBI »
Bactéries planctoniques Bactéries « sessiles »
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5 - BIOFILMS ET ANTIBIOTIQUES
Modèle « FBI »
Bactéries planctoniques
John AAC 2009
Bactéries « sessiles »
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6 – CONCLUSION : LE BIOFILM
• Assemblage de cellules microbiennes irréversiblement associées à une surface
et incluses dans une matrice extracellulaire essentiellement polysaccharidique
• Caractéristique des infections sur matériel ; tous les dispositifs sont impliqués
• Diminution de la pénétration des antibiotiques, modification du métabolisme
bactérien, transfert de gènes de résistance
• Un facteur d’échec du traitement de l’infection sur matériel médical
• Antibiothérapie ciblée et traitement local agressif
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